FPSO单点系泊系统移植施工技术研究与应用

2021-07-05傅文志刘耀江薛大智黄秀龙高彩云

中国新技术新产品 2021年7期

傅文志刘耀江薛大智黄秀龙高彩云

（深圳海油工程水下技术有限公司，广东深圳 518067）

0 引言

随着海上油气开发的加快，大量的FPSO被应用到海上油气开发中。FPSO在海洋上一般采用单点系泊的方式系泊在某一区域进行生产作业，然而由于FPSO的坞修等因素需要长期解脱单点系泊时，势必将使海上油气田长期停产，因此造成大量的经济损失。将其他FPSO回接到该处单点系泊浮筒，能使油田继续生产，避免损失，然而单点系泊系统之间的通用性较差，不同的FPSO，其单点系泊的连接处差异较大。如何使单点系泊在不同的FPSO之间完成移植，面临许多的技术难题。该文以南海陆丰油田开拓FPSO替代坞修的盛开FPSO为例，介绍了单点系泊系统移植的施工流程，以供参考。

1 “南海开拓号”FPSO临时替代生产工程

1.1 项目概述

为了减少油田产量损失，经过可行性论证后，将非动力定位“南海开拓”号替代“南海盛开”号FPSO，进行临时替代生产，取得了明显的经济效益。该工程首次成功地将不同厂家的FPSO单点系泊的单点浮筒与锚系和软管系统连接，实现了FPSO的临时替代性作业。

1.2 可行性分析

陆丰油田群水深142 m，“南海开拓”号FPSO于2009年从南海东部西江油田退役后停靠在南沙黄埔船厂，处于船籍搁置状态，经过研究，“南海开拓”号在修理并获取临时船级后，自身条件符合替代“南海盛开”号陆丰油田临时替代生产的要求。南海开拓和南海盛开的单点系泊系统设计厂家不同，在许多方面存在差异，见表1[1]。

表1 “南海开拓”号与“南海盛开”号系泊系统的差异

从表1中可以看出，南海开拓与南海盛开之间的系泊系统之间存在许多的差异，因此，为了将南海开拓号接入现有的单点系泊系统，需要解决以下7个问题：1）二者的单点浮筒结构连接器不兼容。2）现有顶部链的尺寸与开拓号浮筒止链器规格不匹配。3）开拓号的尺寸大于盛开号，需要验证现有锚腿的强度能否满足要求。4）单点浮筒正浮力不同：“南海开拓”单点浮筒比“南海盛开”单点浮筒正浮力大，浮筒回接后水深变浅，浮筒抗风浪能力减弱，存在损坏浮筒的安全隐患。5）锚系分布形式不同：“南海开拓”锚系角度是8条锚系非均匀分布，而“南海盛开”锚系角度是均匀分布，因角度不同，锚系回接后单点浮筒上的止链器承受的侧压力变大，止链器疲劳受损的风险高。6）浮筒软管通道不同：“南海开拓”浮筒的软管通道是J型喇叭口形式，而“南海盛开”浮筒软管通道是限弯器形式，软管的解脱和回接带来极大挑战。7）软管尺寸和连接形式不同：“南海开拓”浮筒是15.24 cm软管生产系统，采用Graloc法兰连接； “南海盛开”是25.4 cm软管生产系统，采用普通法兰连接。不同尺寸软管和不同类型的法拉接口匹配问题亟需解决。

经过研究论证后，以上问题均给出了相应的解决方案：1）须将单点系泊系统的原有浮筒替换为“开拓号”的浮筒。2）现有顶部链需要更换。3）对锚腿强度是否满足需求进行计算。根据业主方计算，系泊锚腿的强度符合使用条件。4）浮筒浮力问题可以通过调整配重块进行解决。5）由于回接后的FPSO为临时生产，因此无须考虑极限环境载荷，在该条件下经过模拟计算，因锚系角度变化所增大的载荷符合临时生产的要求。同时缩短FPSO提油周期，以防其满载。6）对于浮筒软管通道问题，设计了从浮筒软管通道内下放并提拉软管的方案。软管下放后，潜水员下水安装限弯器限位卡具。软管回接后，限弯器将滑落到最终位置固定卡具，并安装小防弯器。7）工作人员加急设计并生产了25.4 cm转15.24 cm专用的法兰转接头，解决了法兰接口不匹配的问题，同时解决了软管在FPSO解脱后的单点浮筒的悬挂问题，如图1所示。

图1 25．4 cm转15．24 cm变径接头设计原型

综上所述，确定的施工方案为拆除原陆丰131平台附近南海盛开旧单点系泊浮筒，更换钢缆上锚链，安装南海开拓单点浮筒，将南海开拓 FPSO回接到南海开拓的单点系泊浮筒。从而实现单点系泊的“移植”。

该项目中涉及的单点系泊浮筒称为BTM(Buoyancy- Turret Mooring)浮筒，连接到8条均布的系泊锚系,施工水深141.7 m。

2 单点系泊系统替换的施工流程

单点系泊系统替换流程的主要步骤如图2所示。

图2 单点系泊系统替换施工流程图

2.1 软管下放

使用潜水员作业安装限位器限位卡具及限弯器最终位置固定卡具，并安装软管临时悬挂索具，利用软管提拉绞车进行软管下放。之后打开限弯器，下放软管，并将软管临时悬挂到悬挂索具。潜水员解脱提拉绞车索具，提拉绞车索具收回，油轮解脱。主作业船就位，ROV（水下机器人）将甲板绞车钢丝绳索具连接到软管头顶部吊环，解脱临时悬挂索具和软管的连接，沿路由方向下放铺设软管到海底。ROV打开绞车和软管间连接的预留的回收索具，打点定位。

2.2 锚系切割弃置

空气潜水员预先安装旧浮筒拖航索具，如图3所示，打捞回收浮筒提拉索具，在各锚系海底链上安装提升索具。使用ROV液压剪切割上钢缆下部，将浮筒连接拖航拖轮，切割最后的锚系[2]。拖轮将浮筒拖航到弃置区。潜水员为潜水船带缆，并切割浮筒上的剩余锚链。拖轮拖带浮筒回码头处理。

图3 拖航索具安装图

2.3 锚系更换回接

2.3.1 铺设新上钢缆及上锚链

在锚系末端安装ROV打捞索具，以备下一步回接操作，锚系的末端在海底呈“S”形指向锚的方向，施工船抵达现场，在海底链上端定位。连接ROV钩到船上的拖拉缆。ROV下放到海底，到达并观察海底链端部的回收索具。ROV引导施工船调整船位，使得ROV钩可以连接到回收索具。

当ROV钩连接完成后，施工船拖拉缆开始回收，直到海底链可以被鲨鱼钳卡住，如图4所示。在甲板上完成上钢缆与海底链的安装，并开始铺设。上钢缆铺设至末端时，使用鲨鱼钳卡住，安装上锚链，之后连接提拉和回接索具，沿锚的方向铺设上锚链，至锚链端部到达海底时，停止铺设，对回接索具位置打点定位，ROV解除索具，并将绞车钢缆回收至甲板。

图4 鲨鱼钳卡位图

2.3.2 锚缆回收，首次悬挂

从锚腿编号为1、2、5、6中的锚腿中确定第一根回收的锚腿。使用ROV连接浮筒上的悬挂钩，施工船回收工作缆，将穿拉索具固定到左舷鲨鱼钳。当南海开拓号浮筒到达现场，第二条拖轮连接到应急拖航索具，进行浮筒回接限位。拖轮1和拖轮2控制浮筒移动到单点中心位置，位置和朝向接近最终方向。施工船移船船尾朝向浮筒，控制位置，距离浮筒连接点10 m。ROV连接快拆卸扣到锚系提拉索具底部后，施工船回收甲板绞车，将提拉索具固定在右舷鲨鱼钳。施工船将钢丝绳从鲨鱼钳上释放。将提拉索具连接处转移到舷外，释放绞车直到力全部传递到浮筒。当力全部传递到浮筒的吊钩，ROV将打捞钩从吊环释放，施工船回收工作绞车。

第一条回接后，依次对角回接。重复上述步骤，完成其他3条锚系的连接。3条锚系连接完成后，施工船应离开浮筒，解脱1个限位拖轮。4根锚系连接完成后，施工船离开浮筒，解脱1个限位拖轮。重复上述回收步骤完成剩余4条锚系的连接悬挂。

2.3.3 锚缆抽拉悬挂

2.3.3.1 第一次提拉

现场将根据海况确定先张紧哪一根锚系。所有锚系的提拉将按照对角顺序进行。

移船，使浮筒位于施工船右舷，与吊机成一线。将提升索具连接到ROV钩。施工船将提拉索具上部穿拉索具，直到下部穿拉索具的上部通过止链器，并高于悬挂钩约1.5 m。吊机停止，保持船位。潜水员在穿拉索具的上端部的吊环上安装环形吊带。施工船吊机下放直到力传递到浮筒上的悬挂钩。潜水员解开提升索具顶部的连接，将提升索具挂到悬挂钩上，以备下次回收。

施工船吊机回收上部穿拉索具到甲板。重复上述步骤，完成所有锚系的提拉。

2.3.3.2 第二次提拉

第二次锚系提拉将按照第一次提拉的步骤进行，直到下部穿拉索具的吊环可以固定到浮筒上的悬挂钩。

2.3.3.3 第三次提拉

第三次锚系提拉按照第一次提拉的步骤执行，直到顶链可以通过止链器。潜水从止链器位置结果索具，让顶链可以锁定在止链器上。潜水员从顶链上解脱索具。

2.3.3.4 最终浮筒位置的调整

潜水员将项链连接到施工船吊机，吊机将锚系提拉穿过止链器。潜水员解脱吊机索具。计算工作需要考虑顶链切割所去除的重量，潜水员切割剩余顶链。

2.4 软管回接

软管在水下的布置如图5所示，分上部立管和下部立管，中间连接了中水浮筒，形成“S”形。

图5 软管布置图

首先打捞回收软管，绞车回收软管同时向浮筒方向移船，保持悬链线。ROV在浮筒的软管通道上安装软管悬挂索具，将软管传递到软管通道的悬挂索具。潜水员打开限弯器临时限位卡，限弯器下滑到固定卡，安装防弯器。吊机提升软管，安装支撑卡箍，安装软管变径接头及悬挂卡箍。软管固定到浮筒顶部，拆除吊机索具。拆除软管顶部拖拉头。吊机下放软管捕捉头和捕捉工具。潜水员安装软管捕捉头。

安装完成后，提升吊机，拆除支撑卡箍，将软管下放到软管通道内。解脱吊机连接。安装浮筒提拉索具后进行完工调查。

2.5 后调查和安装精度

调查精度见表2，其误差在允许范围内，表明该系泊移植技术可行性良好。

表2 浮筒精度表

3 经济效益

浮式生产储油装置大修的时间一般为3～4个月。使用单点系泊系统移植技术在陆丰单点更换项目中的到成功实践，保证“南海盛开号”油轮坞修期间，油田顺利复产，为油公司挽回85 d的陆丰油田产量，累计增加了170万桶原油的产量。该技术的应用使油田生产多了一个可行的选择，避免了因FPSO检修等原因造成的停产，对业主来说具有重要的意义。